JP2004509268A - 内燃機関のための燃料噴射弁 - Google Patents
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Abstract
燃料噴射弁が弁体3を有しており、この弁体内に孔7が形成されており、この孔内にピストン形状の弁エレメント10が配置されており、この弁エレメント10が、孔7内で閉鎖力に抗して縦方向摺動可能であり、かつその縦方向運動によって少なくとも1つの噴口22を制御しており、この噴口を通して燃料が内燃機関の燃焼室内へ噴射されることができる。弁保持体1軸方向で弁体に締付け可能である。燃料を高圧下で案内する流入通路12が、弁保持体1を通り、かつ高圧シール面30として形成された、弁体との弁保持体の当接面とを通って噴口22まで通じている。弁体3への弁保持体1の締付けは締付ナット5を介して行われ、この締付ナットは弁体を取り囲んでいてその雌ねじ山44によって、弁保持体1に形成された雄ねじ山42に螺合している。締付けによって互いに圧縮される、雄ねじ山42の接触フランク52と、雌ねじ山44の接触フランク50とが雄ねじ山42の縦軸線8に対して垂直に形成されており、その結果、締付ナット5の締め込み時に外向きの半径方向の力が締付ナット5に生じない。
Description
【0001】
背景技術
本発明は請求項1の上位概念に記載の内燃機関、特に自己点火式内燃機関のための燃料噴射弁から出発している。ドイツ連邦共和国実用新案第29814934号明細書から公知のこの種の燃料噴射弁では、弁体内に孔が形成されており、この孔内にピストン形状の弁エレメントが縦方向摺動可能に配置されており、この弁エレメントはその縦方向運動によって少なくとも1つの噴口の開放を制御する。弁エレメントは、閉鎖方向で閉鎖力によって印加され、燃料高圧によって充填可能な圧力室内に配置されている圧力面を有している。この圧力面には、高圧下の燃料による圧力室の充填によって、閉鎖力とは逆向方向に作用して弁エレメントの開放運動を生じる液圧的な力が作用する。閉鎖力を発生させる装置は、縦軸線を有していて軸方向で弁体に締付けられる弁保持体内に形成されている。弁保持体には高圧接続部が設けられており、この高圧接続部は流入通路内に開口しており、流入通路は弁保持体を縦方向に貫通していて弁体と弁保持体との間の当接面を通って弁体の圧力室内にまで達している。それゆえ、当接面は高圧シール面を成しており、それゆえ相応して良好なシール性を有していなければならない。
【0002】
弁体への弁保持体の締付けは締付ナットによって行われ、この締付ナットは弁体を取り囲んでおり、かつ弁保持体から背けられて弁体に形成されたリング板状の載着面上に当接している。弁保持体には雄ねじ山が設けられており、この雄ねじ山に、締付ナットが対応する雌ねじ山によって螺合しており、その結果、弁体は締付ナットのねじ込みによって弁保持体に締付けられる。このことにより、弁保持体と弁体との間の高圧シール面に良好なシール性を得ることができ、そして、この高圧シール面、要するに弁体との弁保持体の当接面を通り抜けている流入通路が確実なシール性を獲得している。
【0003】
この公知の燃料噴射弁では弁保持体の外周面に形成されていて締付ナットと螺合するねじ山は細かなねじ山として形成されている。この場合、ねじ山のフランクはねじ山の縦軸線ひいては弁保持体の縦軸線とほぼ60°の角を挟んでいる。締付ナットの軸方向の締め込みによって、ねじ山面上には軸方向に作用する力成分が生じる他に、弁保持体の縦軸線に関して半径方向に作用する力成分が生じ、この半径方向の力成分が締付ナットを拡開せしめる。このことにより、弁保持体と弁体との間の高圧シール面に得られることのできる面圧が制約され、その結果、高圧時に流入通路にシール性の問題が生ずることがある。
【0004】
発明の利点
これに対して、請求項1の特徴概念に記載した特徴を有する本発明による燃料噴射弁が有する利点は、弁保持体に形成された雄ねじ山と、締付ナットに形成された雌ねじ山との接触フランジが弁保持体の縦軸線に対して少なくともほぼ垂直に形成されており、その結果、締付ナットの締め込み時に接触フランジが締付ナットに著しい半径方向の力を生じることなしに互いに圧縮される。このことにより、比較的大きな軸線方向の力が弁体もしくは弁保持体に作用し、その結果、弁体と弁保持体との間の高圧シール面に比較的高い面圧が得られる。それゆえ、半径方向の力成分による締付ナットの拡開はもはや生じない。このことは、いわゆるコモンレールシステムで作動する燃料噴射弁では特に有利である。それというのは、この場合は弁体内に常に高い燃料圧が支配しているからである。
【0005】
本発明の対象の別の利点および有利な構成が図面、明細書および請求項から看取される。
【0006】
実施例の説明
図1に本発明による燃料噴射弁が示されている。弁保持体1が軸方向で弁体3に締付けられている。弁体3は直径で段付けされて形成されており、かつ燃焼室へ向かって細くなっており、その結果、その外周面には燃焼室に面したリング板状の当接面24が形成されている。締付ナット5が弁体3の周囲に係合していて当接面24に当接しており、かつ弁保持体1上まで延びている。締付ナット5の内周面には弁保持体1の高さのところに雌ねじ山44が形成されており、この雌ねじ山は、弁保持体1の外周面に形成されていて縦軸線8を有する雄ねじ山42と螺合している。それゆえ、締付ナット5を回転させることによって、締付ナット5は軸方向に運動して、弁体3を燃焼室とは逆の側のその端面で弁体保持体1に締付けており、その結果、弁保持体1との弁体3の当接面は高圧シール面30として形成されている。
【0007】
弁体3内には孔7が形成されており、この孔は弁体3の燃焼室とは逆の側の端面から出発して、燃焼室側のその端部において弁座20内へ移行している。この場合、弁座20はほぼ円錐状に形成されており、かつ少なくとも1つの噴口22を有しており、孔7はこの噴口を介して内燃機関の燃焼室に連通している。孔7内にはピストン形状の弁エレメント10が配置されており、この弁エレメントは燃焼室とは逆の側の区分内で孔7内に密に案内されており、かつ圧力肩16の形成下で燃焼室へ向かって細くなっている。弁エレメント10はその燃焼室側の端部で弁シール面18へ移行しており、この弁シール面はほぼ円錐状に形成されていて、少なくとも1つの噴口22の制御のために弁座20と協働している。弁体3内には圧力肩16の所に孔7の半径方向の拡張部によって圧力室14が形成されており、この圧力室は弁エレメント10を取り囲む環状通路として弁座20まで続いている。圧力室14内には、弁体3と弁保持体1とに形成された流入通路12が開口しており、この流入通路はその他方の端部で図面には詳細に示されていない燃料高圧源に接続されている。圧力室14はこの流入通路12を介して燃料によって高圧下で充填される。
【0008】
弁保持体1内に孔として形成されたばね室32が設けられており、このばね室内に案内部材40が配置されており、この案内部材は弁エレメント10の燃焼室とは逆の側の端面に結合されている。この場合、この案内部材40は円筒形に形成されていてばね室32内で案内されている。案内部材40は孔7をばね室32に連通させる少なくとも1つの側方の切欠41を有している。ばね室32の燃焼室とは逆の側の端面と案内部材40との間には圧縮コイルばねとして形成された閉鎖ばね34が圧力予負荷下で配置されている。この場合、この閉鎖ばね34は、ばね室32内に開口した案内孔38内に配置されたタペット36を取り囲んでおり、このタペットは弁エレメント10に面したその端面で案内部材40に当接している。タペット36の燃焼室とは逆の側の端面には、図面には示されていない装置によって弁座20へ向けてタペット36に力を印加することのできる制御可能な閉鎖力が作用している。燃料噴射弁の閉じた状態では、要するに、弁シール面18が弁座20に当接している場合には、燃料高圧源との接続によって圧力室14内には予め規定された燃料高圧が支配している。この燃料高圧によって圧力肩16へ液圧が発生し、その結果、このことにより圧力肩16には弁座20から離反する方向で開放力が作用している。しかし、案内部材40を介して弁エレメント10へも作用しているタペット36への閉鎖力はこの開放力を上回っており、その結果、弁エレメント10は閉鎖位置にとどまっている。その際、閉鎖ばね34は依然として支援的に作用している。燃料の噴射を行わせる際には、タペット36に作用する閉鎖力が減少させられ、これにより、圧力肩16へ作用する力が、タペット36に作用する閉鎖力と閉鎖ばね34のばね力とに抗して弁エレメント10を開放方向に、要するに弁座20から離反方向へ運動させることができる。このことにより、弁シール面18が弁座20から持上げられ、噴口22が開放され、そして燃料が圧力室14からこれらの噴口22を通って内燃機関の燃焼室内へ流出することができる。この場合、流入通路12を介して常に燃料が高圧下で燃料高圧源から補充される。噴射の終了は再度タペットに作用する閉鎖力の増大によって行われ、その結果、弁エレメント10は先に述べた力関係によって再び閉鎖位置へ戻される。
【0009】
図2には締付ナット5と弁保持体1とのオーバラップ領域が拡大図示されている。弁保持体1に設けた雄ねじ山42はそれぞれのねじ山内に、雄ねじ山42の縦軸線8と角度βを挟む傾斜フランク46を有している。これに対して、この傾斜フランク46に対向して位置する接触フランク52は雄ねじ山42の縦軸線8と少なくともほぼ90°の角度αを挟んでいる。締付ナット5の雌ねじ山44は弁保持体1の雄ねじ山42に螺合するために相応して形成されている。雌ねじ山44のそれぞれのねじ山は締付ナット5のねじはめ時に雄ねじ山42の傾斜フランク46に対向して位置する傾斜フランク48を有している。しかし、この場合、締付ナット5が軸方向で弁保持体1に締付けられるため、両方の傾斜フランク46,48は一般的には互いに押し付け合わされない。雌ねじ山44の、傾斜フランク48に対向して位置するフランクは接触フランク50として形成されており、かつ少なくとも近似的に弁保持体1の縦軸線8に垂直である。接触フランク50は雄ねじ山42の接触フランク52に当接し、その結果、締付ナット5のねじ締め時に軸方向に作用する力は締付ナット5から外側の接触フランク50を介して弁保持体1の雄ねじ山42の接触フランク52へ伝達される。互いに隣合う両方の接触フランク50,52が雄ねじ山42の縦軸線8に垂直に、ひいては弁体3の締付け方向に対しても垂直であるため、縦軸線8に関して半径方向で作用する力成分が締付ナット5に生じないか、または極めてわずかにしか生じない。要するに固定的な締付けによる締付ナット5の拡開が生ぜず、ひいては高圧シール面30、要するに弁保持体1との弁体3との当接面に極めて高い面圧が得られ、かつこのことにより、弁保持体1から弁体3への移行部における流入通路12の申し分なく良好なシールが得られる。
【0010】
図3には図1に示された構造に対して選択的な燃料噴射弁が縦断面で示されており、この場合には弁保持体1と弁体3との間に中間ディスク6が配置されており、その結果、2つの高圧シール面が生じる。すなわち、弁保持体1から中間ディスク6への移行部のところと、中間ディスク6から弁体3への移行部のところとに高圧シール面が生じる。この種の構造においても、締付ナット5の内側もしくは弁保持体1の外周面に本発明によるねじ山を設けることにより、高圧シール面を通り抜ける流入通路12の移行部における最適な面圧ひいては改善されたシール性が得られる。
【0011】
図1および図3に図示された燃料噴射弁に対して選択的に、締付ナットはその雌ねじ山によって、弁体3の外周面に配置された雄ねじ山に螺合することもできる。この場合には締付ナットは、弁体1から背けられて弁保持体1に形成された当接面に支持され、その結果、この場合にも弁体3と弁保持体1との相互の締付けが行われ得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明による燃料噴射弁の縦断面図である。
【図2】
図1の弁保持体の雄ねじ山の領域内の拡大図である。
【図3】
本発明による燃料噴射弁の別の実施例の縦断面図である。
背景技術
本発明は請求項1の上位概念に記載の内燃機関、特に自己点火式内燃機関のための燃料噴射弁から出発している。ドイツ連邦共和国実用新案第29814934号明細書から公知のこの種の燃料噴射弁では、弁体内に孔が形成されており、この孔内にピストン形状の弁エレメントが縦方向摺動可能に配置されており、この弁エレメントはその縦方向運動によって少なくとも1つの噴口の開放を制御する。弁エレメントは、閉鎖方向で閉鎖力によって印加され、燃料高圧によって充填可能な圧力室内に配置されている圧力面を有している。この圧力面には、高圧下の燃料による圧力室の充填によって、閉鎖力とは逆向方向に作用して弁エレメントの開放運動を生じる液圧的な力が作用する。閉鎖力を発生させる装置は、縦軸線を有していて軸方向で弁体に締付けられる弁保持体内に形成されている。弁保持体には高圧接続部が設けられており、この高圧接続部は流入通路内に開口しており、流入通路は弁保持体を縦方向に貫通していて弁体と弁保持体との間の当接面を通って弁体の圧力室内にまで達している。それゆえ、当接面は高圧シール面を成しており、それゆえ相応して良好なシール性を有していなければならない。
【0002】
弁体への弁保持体の締付けは締付ナットによって行われ、この締付ナットは弁体を取り囲んでおり、かつ弁保持体から背けられて弁体に形成されたリング板状の載着面上に当接している。弁保持体には雄ねじ山が設けられており、この雄ねじ山に、締付ナットが対応する雌ねじ山によって螺合しており、その結果、弁体は締付ナットのねじ込みによって弁保持体に締付けられる。このことにより、弁保持体と弁体との間の高圧シール面に良好なシール性を得ることができ、そして、この高圧シール面、要するに弁体との弁保持体の当接面を通り抜けている流入通路が確実なシール性を獲得している。
【0003】
この公知の燃料噴射弁では弁保持体の外周面に形成されていて締付ナットと螺合するねじ山は細かなねじ山として形成されている。この場合、ねじ山のフランクはねじ山の縦軸線ひいては弁保持体の縦軸線とほぼ60°の角を挟んでいる。締付ナットの軸方向の締め込みによって、ねじ山面上には軸方向に作用する力成分が生じる他に、弁保持体の縦軸線に関して半径方向に作用する力成分が生じ、この半径方向の力成分が締付ナットを拡開せしめる。このことにより、弁保持体と弁体との間の高圧シール面に得られることのできる面圧が制約され、その結果、高圧時に流入通路にシール性の問題が生ずることがある。
【0004】
発明の利点
これに対して、請求項1の特徴概念に記載した特徴を有する本発明による燃料噴射弁が有する利点は、弁保持体に形成された雄ねじ山と、締付ナットに形成された雌ねじ山との接触フランジが弁保持体の縦軸線に対して少なくともほぼ垂直に形成されており、その結果、締付ナットの締め込み時に接触フランジが締付ナットに著しい半径方向の力を生じることなしに互いに圧縮される。このことにより、比較的大きな軸線方向の力が弁体もしくは弁保持体に作用し、その結果、弁体と弁保持体との間の高圧シール面に比較的高い面圧が得られる。それゆえ、半径方向の力成分による締付ナットの拡開はもはや生じない。このことは、いわゆるコモンレールシステムで作動する燃料噴射弁では特に有利である。それというのは、この場合は弁体内に常に高い燃料圧が支配しているからである。
【0005】
本発明の対象の別の利点および有利な構成が図面、明細書および請求項から看取される。
【0006】
実施例の説明
図1に本発明による燃料噴射弁が示されている。弁保持体1が軸方向で弁体3に締付けられている。弁体3は直径で段付けされて形成されており、かつ燃焼室へ向かって細くなっており、その結果、その外周面には燃焼室に面したリング板状の当接面24が形成されている。締付ナット5が弁体3の周囲に係合していて当接面24に当接しており、かつ弁保持体1上まで延びている。締付ナット5の内周面には弁保持体1の高さのところに雌ねじ山44が形成されており、この雌ねじ山は、弁保持体1の外周面に形成されていて縦軸線8を有する雄ねじ山42と螺合している。それゆえ、締付ナット5を回転させることによって、締付ナット5は軸方向に運動して、弁体3を燃焼室とは逆の側のその端面で弁体保持体1に締付けており、その結果、弁保持体1との弁体3の当接面は高圧シール面30として形成されている。
【0007】
弁体3内には孔7が形成されており、この孔は弁体3の燃焼室とは逆の側の端面から出発して、燃焼室側のその端部において弁座20内へ移行している。この場合、弁座20はほぼ円錐状に形成されており、かつ少なくとも1つの噴口22を有しており、孔7はこの噴口を介して内燃機関の燃焼室に連通している。孔7内にはピストン形状の弁エレメント10が配置されており、この弁エレメントは燃焼室とは逆の側の区分内で孔7内に密に案内されており、かつ圧力肩16の形成下で燃焼室へ向かって細くなっている。弁エレメント10はその燃焼室側の端部で弁シール面18へ移行しており、この弁シール面はほぼ円錐状に形成されていて、少なくとも1つの噴口22の制御のために弁座20と協働している。弁体3内には圧力肩16の所に孔7の半径方向の拡張部によって圧力室14が形成されており、この圧力室は弁エレメント10を取り囲む環状通路として弁座20まで続いている。圧力室14内には、弁体3と弁保持体1とに形成された流入通路12が開口しており、この流入通路はその他方の端部で図面には詳細に示されていない燃料高圧源に接続されている。圧力室14はこの流入通路12を介して燃料によって高圧下で充填される。
【0008】
弁保持体1内に孔として形成されたばね室32が設けられており、このばね室内に案内部材40が配置されており、この案内部材は弁エレメント10の燃焼室とは逆の側の端面に結合されている。この場合、この案内部材40は円筒形に形成されていてばね室32内で案内されている。案内部材40は孔7をばね室32に連通させる少なくとも1つの側方の切欠41を有している。ばね室32の燃焼室とは逆の側の端面と案内部材40との間には圧縮コイルばねとして形成された閉鎖ばね34が圧力予負荷下で配置されている。この場合、この閉鎖ばね34は、ばね室32内に開口した案内孔38内に配置されたタペット36を取り囲んでおり、このタペットは弁エレメント10に面したその端面で案内部材40に当接している。タペット36の燃焼室とは逆の側の端面には、図面には示されていない装置によって弁座20へ向けてタペット36に力を印加することのできる制御可能な閉鎖力が作用している。燃料噴射弁の閉じた状態では、要するに、弁シール面18が弁座20に当接している場合には、燃料高圧源との接続によって圧力室14内には予め規定された燃料高圧が支配している。この燃料高圧によって圧力肩16へ液圧が発生し、その結果、このことにより圧力肩16には弁座20から離反する方向で開放力が作用している。しかし、案内部材40を介して弁エレメント10へも作用しているタペット36への閉鎖力はこの開放力を上回っており、その結果、弁エレメント10は閉鎖位置にとどまっている。その際、閉鎖ばね34は依然として支援的に作用している。燃料の噴射を行わせる際には、タペット36に作用する閉鎖力が減少させられ、これにより、圧力肩16へ作用する力が、タペット36に作用する閉鎖力と閉鎖ばね34のばね力とに抗して弁エレメント10を開放方向に、要するに弁座20から離反方向へ運動させることができる。このことにより、弁シール面18が弁座20から持上げられ、噴口22が開放され、そして燃料が圧力室14からこれらの噴口22を通って内燃機関の燃焼室内へ流出することができる。この場合、流入通路12を介して常に燃料が高圧下で燃料高圧源から補充される。噴射の終了は再度タペットに作用する閉鎖力の増大によって行われ、その結果、弁エレメント10は先に述べた力関係によって再び閉鎖位置へ戻される。
【0009】
図2には締付ナット5と弁保持体1とのオーバラップ領域が拡大図示されている。弁保持体1に設けた雄ねじ山42はそれぞれのねじ山内に、雄ねじ山42の縦軸線8と角度βを挟む傾斜フランク46を有している。これに対して、この傾斜フランク46に対向して位置する接触フランク52は雄ねじ山42の縦軸線8と少なくともほぼ90°の角度αを挟んでいる。締付ナット5の雌ねじ山44は弁保持体1の雄ねじ山42に螺合するために相応して形成されている。雌ねじ山44のそれぞれのねじ山は締付ナット5のねじはめ時に雄ねじ山42の傾斜フランク46に対向して位置する傾斜フランク48を有している。しかし、この場合、締付ナット5が軸方向で弁保持体1に締付けられるため、両方の傾斜フランク46,48は一般的には互いに押し付け合わされない。雌ねじ山44の、傾斜フランク48に対向して位置するフランクは接触フランク50として形成されており、かつ少なくとも近似的に弁保持体1の縦軸線8に垂直である。接触フランク50は雄ねじ山42の接触フランク52に当接し、その結果、締付ナット5のねじ締め時に軸方向に作用する力は締付ナット5から外側の接触フランク50を介して弁保持体1の雄ねじ山42の接触フランク52へ伝達される。互いに隣合う両方の接触フランク50,52が雄ねじ山42の縦軸線8に垂直に、ひいては弁体3の締付け方向に対しても垂直であるため、縦軸線8に関して半径方向で作用する力成分が締付ナット5に生じないか、または極めてわずかにしか生じない。要するに固定的な締付けによる締付ナット5の拡開が生ぜず、ひいては高圧シール面30、要するに弁保持体1との弁体3との当接面に極めて高い面圧が得られ、かつこのことにより、弁保持体1から弁体3への移行部における流入通路12の申し分なく良好なシールが得られる。
【0010】
図3には図1に示された構造に対して選択的な燃料噴射弁が縦断面で示されており、この場合には弁保持体1と弁体3との間に中間ディスク6が配置されており、その結果、2つの高圧シール面が生じる。すなわち、弁保持体1から中間ディスク6への移行部のところと、中間ディスク6から弁体3への移行部のところとに高圧シール面が生じる。この種の構造においても、締付ナット5の内側もしくは弁保持体1の外周面に本発明によるねじ山を設けることにより、高圧シール面を通り抜ける流入通路12の移行部における最適な面圧ひいては改善されたシール性が得られる。
【0011】
図1および図3に図示された燃料噴射弁に対して選択的に、締付ナットはその雌ねじ山によって、弁体3の外周面に配置された雄ねじ山に螺合することもできる。この場合には締付ナットは、弁体1から背けられて弁保持体1に形成された当接面に支持され、その結果、この場合にも弁体3と弁保持体1との相互の締付けが行われ得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明による燃料噴射弁の縦断面図である。
【図2】
図1の弁保持体の雄ねじ山の領域内の拡大図である。
【図3】
本発明による燃料噴射弁の別の実施例の縦断面図である。
Claims (3)
- 内燃機関のための燃料噴射弁であって、弁体(3)が設けられており、弁体内では孔(7)内で、弁エレメント(10)が燃料による圧力肩(16)の圧力印加によって閉鎖力に抗して縦方向摺動可能であり、かつこの縦方向運動によって少なくとも1つの噴口(22)を制御しており、かつ、軸方向で締付ナット(6)によって弁体(3)に締付けられた弁保持体(1)が設けられており、その場合、締付ナット(5)が雌ねじ山(44)を備えており、この雌ねじ山が、弁保持体(1)の外周面もしくは弁体(3)の外周面に形成されていて縦軸線(8)を有する雄ねじ山と螺合しており、かつ、弁保持体(1)内および弁体(3)内で延びる流入通路(12)が設けられており、燃料がこの流入通路によって高圧下で、弁保持体(1)との弁体(3)の高圧シール面(30)として形成された当接面を通って噴口へ案内されることができる形式のものにおいて、弁保持体(1)に弁体(3)を締付けた際に互いに圧縮される、雌ねじ山(44)と雄ねじ山(42)との接触フランクが少なくともほぼ雄ねじ山(42)の縦軸線(8)に対して垂直に形成されていることを特徴とする内燃機関のための燃料噴射弁。
- 弁体(3)と弁保持体(1)との間に中間ディスク(6)が配置されていることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射弁。
- 雌ねじ山(44)の接触フランク(50)と雄ねじ山(42)の接触フランク(52)とが雄ねじ山(42)の縦軸線(8)と85°から95°までの角度を挟んでいることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射弁。
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